Fotoelektroniset

Fotoelektroniset ilmiöt ovat ilmiöitä, joissa elektronit irtoavat aineesta, tavallisesti metallin pinnalta, kun siihen kohdistettu valo ylittää aineen työnfunktion φ. Työnfunktio on se minimienergia, jota elektronin on saatava irti pintaa. Valon energia hf, jossa h on Planckin vakio ja f taajuus, ylittää φ:n, jolloin elektronin maksimaalinen kineettinen energia on KEmax = hf − φ. Jos hf < φ, emitointia ei tapahdu. Tästä seuraa kynnystaajuus f0, jolla hf0 = φ. Emitoituneiden elektronien määrä kasvaa valon intensiteetin mukaan, mutta elektronin maksimaalinen kineettinen energia riippuu taajuudesta.

Historiallisesti ilmiö osoitettiin ja sen teoreettinen selitys annettiin Einsteinille vuonna 1905 fotoniteorian muodossa. Hän osoitti valon kvantittuvuuden ja että hf voi ylittää työnfunktion φ. Tämä johti kvanttimekaniikan kehitykseen. Einstein sai fysiikan Nobel-palkinnon vuonna 1921. Fotoelektroniset ilmiöt ovat siten olennainen osoitus kvanttisesta luonteesta säteilylle ja sähkömagneettiselle vuorovaikutukselle.

Sovellukset ja nykyaikainen tutkimus liittyvät muun muassa valodetektiiveihin ja pinnan elektronisen rakenteen tutkimukseen. Perinteisiä laitteita ovat fotomultiplaattorit ja fotodiat, sekä photoelectron spectroscopy PES ja photoemission electron microscopy PEEM. Lisäksi ilmiötä hyödynnetään sensoroinnissa ja pintarakenteiden karakterisoinnissa sekä work functionin tutkimuksessa. Nyky tutkimuksessa tarkastellaan ultranopeaa fotoemissiota ja nanostrukturoidtujen pintojen ominaisuuksia.